Lys… er det en partikel eller en bølge? Hvilken grundlæggende mekanik styrer dets opførsel? Og vigtigst af alt, ændrer den blotte observationshandling denne opførsel? Dette er conundrum kvantefysikere har forvirret i mange århundreder, lige siden fotonbølgemekanik blev teoretiseret og Double Slit-eksperimentet blev udført første gang.
Også kendt som Youngs eksperiment, involverede dette partikelstråler eller sammenhængende bølger, der passerede gennem to tæt adskilte spalter, hvis formål var at måle de resulterende påvirkninger på en skærm bag dem. I kvantemekanik demonstrerede dobbeltslidseksperimentet uadskilleligheden af bølgen og partikelnaturen af lys og andre kvantepartikler.
Double Slit-eksperimentet blev først dirigeret af Thomas Young i 1803, skønt Sir Isaac Newton siges at have udført et lignende eksperiment i hans egen tid. Under de oprindelige eksperimenter lyste Newton lys på et lille hår, hvorimod Young brugte et kortkort med en spalte skåret i det. For nylig har forskere brugt en punktlyskilde til at belyse en tynd plade med to parallelle spalter, og lyset, der passerer gennem spalterne, rammer en skærm bag dem.
Når man stoler på klassisk partikelteori, burde resultaterne af eksperimentet have svaret til spalterne, hvor påvirkningen på skærmen vises i to lodrette linjer. Dette var dog ikke tilfældet. Resultaterne viste i mange tilfælde et mønster af interferens, noget, der kun kunne forekomme, hvis der var involveret bølgemønstre.
Klassiske partikler forstyrrer ikke hinanden; de kolliderer blot. Hvis klassiske partikler fyres i en lige linje gennem en spalte, vil de alle ramme skærmen i et mønster i samme størrelse og form som spalten. Hvor der er to åbne spalter, vil det resulterende mønster simpelthen være summen af de to enkeltsnitsmønstre (to lodrette linjer). Men igen og igen demonstrerede eksperimentet, at de sammenhængende lysstråler forstyrrede, hvilket skabte et mønster af lyse og mørke bånd på skærmen.
Imidlertid viste det sig, at båndene på skærmen blev absorberet, som om de var sammensat af diskrete partikler (alias fotoner). For at gøre tingene endnu mere forvirrende blev måleanordninger sat på plads for at observere fotonerne, da de passerede gennem spalterne. Da dette blev gjort, optrådte fotonerne i form af partikler, og deres påvirkninger på skærmen svarede til spalterne, små partikelformede pletter fordelt på lige lodrette linjer.
Ved at placere en observationsindretning på plads, kollapset fotonernes bølgefunktion, og lyset opførte sig som klassiske partikler endnu en gang! Dette kunne kun løses ved at hævde, at lys opfører sig som både en partikel og en bølge, og at ved at observere dem får antallet af adfærdsmuligheder til at indsnævre til det punkt, hvor deres opførsel bliver forudsigelig igen.
Double Slit-eksperimentet gav ikke kun anledning til fotonens partikelbølgeteori, det gjorde også videnskabsmænd opmærksomme på kvantemekanikens utrolige, forvirrende verden, hvor intet er forudsigeligt, alt er relativt, og observatøren ikke længere er et passivt emne , men en aktiv deltager med magten til at ændre resultatet. Klik her for en animeret demonstration af Double Slit-eksperimentet.
Vi har skrevet mange artikler om Double Slit Experiment for Space Magazine. Her er et forum diskussion om et hjemmelavet eksperiment med dobbelt spalte, og her er en artikel om bølge-partikel dualitet.
Hvis du gerne vil have mere info om dobbeltslidseksperimentet, kan du tjekke disse artikler fra Physorg.com og Space.com.
Vi har også optaget en hel episode af Astronomy Cast alt om kvantemekanik. Lyt her, Afsnit 138: Kvantemekanik.
